Nästan varje ton stål passerar genom en skänk eller en konverter där minst en ferrolegering har tillsatts. En ferrolegering är en masterlegering där järn bär ett eller flera grundämnen som har hög affinitet för syre, svavel eller kol, eller som behövs som legeringselement i det färdiga stålet. Ferrokisel, ferromangan och ferrokrom är de högsta-volymkvaliteterna; ferromolybden, ferrovanadium, ferrotungsten, ferrotitan och ferroniob tillsätts i mindre mängder men bestämmer ofta slutproduktens egenskaper.
Varför ferrolegeringar används istället för rena metaller
Ren mangan, krom eller vanadin smälter vid mycket hög temperatur eller är svår att lösa i flytande stål. Att legera dem med järn ger en masterlegering med lägre smältpunkt, en användbar densitet som matchar stål och ett förutsägbart upplösningsbeteende. Ferrolegeringar minskar också kostnaden per enhet av legeringselement och gör tillsatskontroll i skänken praktisk i industriell skala. De flesta kvaliteter levereras i definierade storleksområden, vanligtvis 10-50 mm eller 10-100 mm klumpar, med finkorn och damm kontrollerade till ett tillåtet maximum.
Roll ett: Legeringstillsatser
Legering är den mest kända funktionen. Element introduceras enligt stålsammansättningsspecifikationen för att utveckla den erforderliga kombinationen av styrka, hårdhet, seghet, korrosionsbeständighet eller prestanda vid förhöjd temperatur. Typiska exempel är krom från ferrokrom med hög-kolhalt eller låg-kolhalt för rostfria och värme-beständiga kvaliteter, mangan från ferromangan för konstruktionsstål, molybden från ferromolybden för kryp- och härdningsbeständighet, vanadin från ferrovanadium för höghållfasthet{5} och precipit-förstärkning{5} låg-legerade stål och volfram från ferrotolfram för verktygs- och höghastighetsstål.
Tilläggstidpunkten beror på elementet. Element med hög affinitet för syre tillsätts sent, i skänken eller under tappning, medan mer toleranta element kan tillsättas i ugnen. Målet är alltid att träffa sammansättningsfönstret med lägsta möjliga förbrukning av masterlegeringen.
Roll två: Deoxidator och Desulfurizer
Under ståltillverkning måste löst syre avlägsnas före gjutning för att förhindra blåshål, oxidinneslutningar och dålig ytkvalitet. Ferrokisel, ferromangan och kalcium-bärande masterlegeringar reagerar med löst syre och avlägsnar det som en slagg-bildande oxid. Ferromangan går längre: manganet som produceras genom upplösning kombineras med svavel för att bilda mangansulfid, som tar bort svavel från lösningen och minskar het korthet. Kalcium-silikonmätlegeringar används för kontroll av inneslutningsformen, och omvandlar hårda, kantiga oxidinneslutningar till mjukare klotformade sådana som förbättrar segheten och bearbetbarheten.
Deoxidation: ferrokisel, ferromangan och kalcium-silikonmätlegeringar, tillsatta före eller under tappning.
Avsvavling: mangan-haltiga kvaliteter, med stöd av grundläggande slaggpraxis i skänken.
Inklusionsmodifiering: kalcium-bärande masterlegeringar, tillsatta efter primär deoxidation.
Roll tre: Inokulanter och strukturkontroll
Inokulering är den minst synliga men ofta den mest värdefulla funktionen. I gjutjärn tillsätts ett -ferrokiselbaserat ympmedel till det smälta järnet omedelbart före gjutning så att grafit bildas som fina, jämnt fördelade flingor eller knölar istället för grova eller kylda strukturer. Resultatet är bättre bearbetbarhet, jämnare hårdhet och färre hårda fläckar i gjutgodset. Inom ståltillverkning förfinar relaterade tillsatser den som-gjutna kornstrukturen och minskar segregationen under stelning.
Inokulanter är beroende av korrekt storleksklassning och timing. Tillsatt för tidigt löses de kärnbildande partiklarna upp och effekten går förlorad; tillsatt till kall metall, kan de inte spridas jämnt.
Roll fyra: Reducerande medel och icke-användningar av stål
Ferrolegeringar konsumeras även utanför stålsmältning. Ferrokisel är det klassiska reduktionsmedlet i metallotermisk produktion: det används för att reducera bränd dolomit i den silikotermiska produktionen av magnesium, och det fungerar som ett reduktionsmedel vid tillverkning av andra ferrolegeringar och vissa icke--järnmetaller. Aluminium-lager och kisel-lager masterlegeringar tjänar liknande syften där en starkt reducerande miljö krävs. Mindre volymer går till den kemiska industrin, till tillverkning av svetstillsatsmaterial och till produktion av icke-järnlegeringar.
Vanliga betyg och deras funktioner
| Ferrolegering | Typiskt huvudelement | Primär funktion |
|---|---|---|
| Ferrokisel | 72-80 % Si | Desoxidationsmedel, reduktionsmedel, ympmedel |
| Ferromangan med hög-kolhalt | 76-82 % Mn, 6-8 % C | Deoxidationsmedel, avsvavlingsmedel, legering |
| Ferrokrom med hög-kolhalt | 60-70 % Cr, 6-8 % C | Legering för rostfria och värmebeständiga- stål |
| Ferromolybden | 55-65 % Mo | Legering för kryp- och härdningsmotstånd |
| Ferrovanadium | 50-80 % V | Kornförfining och förstärkning i HSLA-stål |
| Ferrotitanium | 30 % eller 70 % Ti | Deoxidation, kornförfining, stabiliserande tillsatser |
| Ferrotungsten | 70-80 % W | Legering för verktygs- och-höghastighetsstål |
Angivna intervall skiljer sig mellan kvaliteter och mellan leverantörsspecifikationer, så varje värme måste tillsättas utifrån analyscertifikatet och den erforderliga återvinningsgraden snarare än på bordet enbart.
Tilläggsövning och återhämtning
Att lägga till rätt legering på fel sätt slösar både material och ugnstid. Tre praktiska regler gäller. Först, storleksanpassa tillägget till värmevikten och den nödvändiga analysen, vilket möjliggör återvinningsgraden för elementet i den specifika praxisen. För det andra, tillsätt de mest syre-känsliga elementen så sent som möjligt, efter att deoxidationen är klar, eftersom reaktiva element går förlorade till slagg och till atmosfären annars. För det tredje, rör om i skänken tillräckligt mycket för fullständig upplösning utan att utsätta smältan för onödig reoxidation, och bekräfta den slutliga analysen med ett prov taget efter omrörning.
Vanliga frågor
F: Vad är huvudsyftet med att tillsätta ferrolegeringar till stål?
De introducerar legeringselement, tar bort löst syre och svavel, kontrollerar formen på inneslutningar, förfinar gjutstrukturen och fungerar som reduktionsmedel i andra metallurgiska processer.
F: Vilken ferrolegering är standarddeoxidatorn?
Ferrokisel och ferromangan är de mest-deoxiderande medlen, vanligtvis understödda av kalcium-kisel eller aluminiumtillsatser där inneslutningskontroll är avgörande.
F: Hur förbättrar ferromangan stålkvaliteten?
Mangan både deoxiderar smältan och kombinerar med svavel för att bilda mangansulfid, vilket minskar risken för hetsprickbildning vid valsning och smide.
F: Vad är ympning och varför spelar det någon roll i gjutjärn?
Det är tillsatsen av en ferrokiselbaserad-masterlegering precis innan gjutning så att grafit kärnar fint och jämnt, vilket ger jämn hårdhet och bättre bearbetbarhet.
F: Varför inte tillsätta rent krom eller vanadin istället för en ferrolegering?
Ferrolegeringar smälter lättare, löses förutsägbart i flytande stål, matchar badets densitet bättre och kostar mindre per enhet legeringselement.
F: När bör syrekänsliga-tillsatser göras?
Efter primär deoxidation, i skänken eller under tappning, så att det reaktiva elementet inte förbrukas av slagg och atmosfäriskt syre innan det når stålet.
